CDMA移動通信系統(tǒng)網(wǎng)上話音問題淺析

張洪彬++龐雷

摘 要：對于CDMA移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)上話音問題，必須從原理上理解有線和無線語音業(yè)務(wù)的異同，同時清楚CDMA網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)流程，對整個流程涉及到的設(shè)備性能有所了解，特別是語音編碼器和回波消除器的工作原理。

關(guān)鍵詞：話音 業(yè)務(wù)流程 語音編碼器 回波消除器

中圖分類號：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（a）-0001-02

1 語音業(yè)務(wù)簡介

對于語音業(yè)務(wù)，首先需要了解語音的幾個特點(diǎn)：（1）人類的耳朵比聲帶要靈敏得多，人一般說話的聲音頻率范圍大概在20Hz～4kHz之間，但人耳可以聽到大約20Hz～20kHz之間的聲音；（2）語音業(yè)務(wù)是一種需要實(shí)時傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，即其對時延有要求，一旦延遲過大，則會造成交流障礙。基于上面的原因，只要能夠傳輸4kHz以內(nèi)的聲音就能夠滿足語音業(yè)務(wù)的基本要求，當(dāng)然這和實(shí)際中的自然聲音是無法相比的。

下面我們對比固網(wǎng)和移動在語音業(yè)務(wù)上的異同。

（1）固定電話。人聲從電話機(jī)傳入后，通過用戶線傳送到PSTN的用戶板上，在這之前所傳送的都是模擬的音頻信號，之后在PSTN內(nèi)進(jìn)行PCM采樣、量化，輸出為64kbps的數(shù)字信號。完成信號的A/D轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)通過E1線路送入公網(wǎng)交換機(jī)，通過交換和對端用戶進(jìn)行通訊。（2）移動電話。人聲被手機(jī)終端獲取后，在手機(jī)內(nèi)進(jìn)行采樣量化為PCM數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行語音編碼，此時我們稱之為信源編碼；然后在手機(jī)將信號發(fā)射之前還會進(jìn)行信道編碼。信號通過空中接口進(jìn)入系統(tǒng)后，先在BTS進(jìn)行信道解碼，之后信號到達(dá)BSC，在BSC上再進(jìn)行語音解碼，恢復(fù)出PCM數(shù)據(jù)，并送入MSC進(jìn)行交換，此時如果對端是固定電話，則信號被交換送入公網(wǎng)，如果對端是移動電話，則在MSC內(nèi)進(jìn)行交換后再通過BSC、BTS連接到另一部手機(jī)。

2 CDMA網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)

2.1 業(yè)務(wù)流程

上面我們已經(jīng)介紹了有線和無線語音業(yè)務(wù)的一些特點(diǎn)，下面針對目前我們的CDMA語音業(yè)務(wù)做詳細(xì)介紹。

從圖1中我們可以看到，CDMA網(wǎng)絡(luò)中對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的最基本的兩個元素為：語音編解碼器（CODEC）和回波消除器（EC）。

對于信號流如下。

原始語音。原始語音為人自然的聲音。經(jīng)過調(diào)制后的無線信號：經(jīng)過調(diào)制后的信號既是我們上面所提到的已經(jīng)經(jīng)過信道編碼的信號。單就語音業(yè)務(wù)而言，手機(jī)完成的功能幾乎等同于BTS和BSC，手機(jī)在完成信源、信道編碼后，即將信號發(fā)送到空中接口。

幀數(shù)據(jù)。基站所完成的基本功能為進(jìn)行信道解碼，語音信源數(shù)據(jù)在經(jīng)過手機(jī)的信源編碼后（即語音編解碼），輸出的信號已經(jīng)不再是PCM數(shù)據(jù)，而是語音數(shù)據(jù)幀，所以經(jīng)過BTS解碼出來的也是幀數(shù)據(jù)。

PCM數(shù)據(jù)?；镜膸瑪?shù)據(jù)送到BSC后，在BSC的CODEC進(jìn)行解碼，解碼出來后的數(shù)據(jù)為PCM數(shù)據(jù)，最后送往MSC進(jìn)行交換。對于EC，可以放置在BSC，也可以放置在MSC，如果MSC接出去的設(shè)備上已有EC，則MSC也可以不用EC。

2.2 語音編解碼器

語音編解碼器的作用是對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，語音編解碼器為一種有損壓縮的編解碼器，壓縮對語音質(zhì)量會有降低。在有線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)我們傳輸資源不夠時，我們可以添加一根傳輸線，或者添加一套設(shè)備來進(jìn)行解決，但在無線網(wǎng)絡(luò)中，其帶寬資源是有限的，所以最大限度地節(jié)約空中帶寬成為了一件很有意義的事，語音編解碼的出現(xiàn)正是為了解決這一問題。

CDMA2000中的3種語音編解碼器都可稱之為窄帶語音編解碼器，原因就在于其是針對8K采樣的語音信號而言的。對于這類編解碼器都是一種參數(shù)編解碼，其原理是從當(dāng)前語音數(shù)據(jù)中提取出和當(dāng)前語音相關(guān)的參數(shù)，用一組參數(shù)來描述當(dāng)前的語音是什么樣的，得出這組參數(shù)后再將參數(shù)送到對端進(jìn)行解碼，解碼時根據(jù)這組參數(shù)的描述再重新再生出語音。

2.3 回波消除器

在CDMA無線網(wǎng)絡(luò)中，除了語音編解碼外，另一個重要的語音處理部件就是回波消除器（Echo Canceller）。對于回聲，我們都有過親身感受，在平時的撥打電話中，不論是手機(jī)還是固定電話，偶爾我們都能聽到自己的聲音，這就是Echo。

對于系統(tǒng)中的回聲可以分為兩種：電學(xué)回聲、聲學(xué)回聲。（1）電學(xué)回聲：電學(xué)回聲是由PSTN內(nèi)用于2/4線轉(zhuǎn)換的混合線圈（Hybrid）引起的。（2）聲學(xué)回聲：聲學(xué)回聲是一種直接由聲音反射噪聲的回聲，如聲音從手機(jī)的耳機(jī)出來后又從麥克風(fēng)回灌回去，則回去的聲音就成了聲學(xué)回聲。另外，在一些免提固定電話上也能產(chǎn)生聲學(xué)回聲。

綜上所述，聲學(xué)回聲在固定電話和手機(jī)上都可能產(chǎn)生，但電學(xué)回聲只可能在固定電話側(cè)（PSTN上）產(chǎn)生。有了回聲，但我們還不一定能聽到，要聽到回聲需要有兩個必備的條件。

（1）聲音能夠被反射回來（即要存在聲音反射點(diǎn)）。

（2）時延必須超過25ms。

認(rèn)識了聽到回聲的條件，我們再來分析網(wǎng)上聽到回聲的情況。從上面我們可知，只要話路接通，則PSTN一直都在產(chǎn)生回聲，但我們平時用固定電話時并沒有感覺到，那就是時延的作用，一般在撥打市內(nèi)固定電話時，其時延都會小于25ms，所以我們感覺不到回聲的存在，而在固網(wǎng)內(nèi)也就不需要配置EC這樣的設(shè)備。而對于移動網(wǎng)絡(luò)來說，由于其語音編解碼的存在將使得時延大大增加，所以對于存在語音編解碼的無線網(wǎng)絡(luò)來說如果需要和固網(wǎng)進(jìn)行對接，則EC成為了必不可少的設(shè)備。無線系統(tǒng)內(nèi)的EC主要是為了消除電學(xué)回聲。

綜上所述，話音問題是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性問題，其表象非常直觀而且簡單，只要是使用手機(jī)終端時發(fā)現(xiàn)的語音質(zhì)量不好都會首先歸結(jié)于話音問題，所以對語音問題的歸類顯的尤其重要，從整個系統(tǒng)內(nèi)信號的流程看，語音問題的根源與這幾個方面相關(guān)：手機(jī)終端、無線信號、EVC板的處理、EC的處理、其他傳輸、信令等。

手機(jī)終端：終端對話音質(zhì)量的影響尤其重要，手機(jī)體積雖小，但針對語音業(yè)務(wù)而言，手機(jī)所占到的比重為50%，這一點(diǎn)不可小視。無線信號：指空口傳輸出現(xiàn)的誤幀或丟幀，這同樣對語音質(zhì)量有著非常大的影響，出現(xiàn)誤幀或丟幀可能與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、干擾等有關(guān)。EVC板的處理：EVC是系統(tǒng)側(cè)對語音信源進(jìn)行處理的唯一一塊單板，其內(nèi)包含語音編解碼、TFO、ALC、AEC等語音處理功能，所以EVC的處理也和語音質(zhì)量的好壞密切相關(guān)。EC的處理：EC是除去EVC單板外的另一個對聲音質(zhì)量有影響的處理部件，上面也已經(jīng)提到，其影響的方面在兩個：回聲和雙講。其他傳輸：指對語音信源的傳輸，如AAL2、PCM等傳輸過程中出現(xiàn)的問題等。信令：信令對語音質(zhì)量的影響比較小，但也不能排除，一般屬于一些突發(fā)現(xiàn)象的影響。

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